Question

3．合成氨是人類科學技術上的一項重大突破．工業上以天然氣為原料合成氨．其生產工藝如下：造氣階段→轉化階段→分離凈化→合成階段
（1）造氣階段的反應為：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+206.1kJ/mol
①在一密閉容器中進行上述反應，測得 CH₄的物質的量濃度隨反應時間的變化如圖1所示．反應中處于平衡狀態的時間為5min-10min、12min后；10min時，改變的外界條件可能是升高溫度．
②如圖2所示，在初始容積相等的甲、乙兩容器中分別充入等物質的量的CH₄和H₂O．在相同溫度下發生反應，并維持反應過程中溫度不變．則達到平衡時，兩容器中CH₄的轉化率大小關系為：α_甲（CH₄）＜α_乙（CH₄）；

（2）轉化階段發生的可逆反應為：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），一定溫度下，反應的平衡常數為K=1．某時刻測得該溫度下的密閉容器中各物質的物質的量見下表：

CO	H2O	CO2	H2
0.5mol	8.5mol	2.0mol	2.0mol

此時反應中正、逆反應速率的關系式是a（填序號）．
a．v（正）＞v（逆）     b．v（正）＜v（逆）      c．v（正）=v（逆）     d．無法判斷
（3）合成氨反應為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol?¹
①依據溫度對合成氨反應的影響，在如圖3坐標系中，畫出一定條件下的密閉容器內，從通入原料氣開始，隨溫度不斷升高，NH₃物質的量變化的曲線示意圖．
②根據勒夏特列原理，簡述提高合成氨原料轉化率的一種方法增大壓強或降低溫度或分離液氨．

Answer 1

分析 （1）①平衡狀態是正逆反應速率相同，各組分含量保持不變，物質濃度不變，依據圖形中甲烷的濃度變化曲線分析判斷平衡狀態；10min時，甲烷濃度減小，說明平衡正向進行，反應是吸熱反應，則改變的外界條件可能是升溫；
②甲為恒溫恒容容器，乙為恒溫恒壓容器，乙容器中隨反應進行，氣體體積增大，為保持恒壓，體積增大，壓強減小，平衡正向進行；
（2）計算此時的濃度商和平衡常數比較來判斷反應是否達到平衡狀態；
（3）①合成氨的反應是放熱反應，開始反應，氨氣物質的量增大，達到平衡狀態，繼續升溫，平衡逆向進行，氨氣物質的量減小，據此畫出變化圖象；
②依據反應是氣體體積減小的放熱反應，結合平衡移動原理分析判斷；

解答 解：（1）①分析CH₄的物質的量濃度隨反應時間的變化可知，濃度在5～10分鐘、12分鐘后 曲線出現平臺，說明濃度不變，反應達到平衡狀態，反應是吸熱反應，在10min甲烷濃度減小最后達到平衡狀態，說明改變的條件可以是升高溫度，平衡正向進行，
故答案為：5～10分鐘、12分鐘后，升高溫度；    
 ②在初始容積相等的甲、乙兩容器中分別充入等物質的量的CH₄和H₂O．在相同溫度下發生反應，并維持反應過程中溫度不變，甲為恒溫恒容容器，乙為恒溫恒壓容器，乙容器中隨反應進行，氣體體積增大，為保持恒壓，體積增大，壓強減小，平衡正向進行，甲烷的轉化率增大，故α_甲（CH₄）＜α_乙（CH₄），
故答案為：＜；
（2）CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），一定溫度下，反應的平衡常數為K=1．某時刻測得該溫度下的密閉容器中各物質的物質的量，反應前后氣體物質的量不變，可以利用物質的量代替濃度計算反應的濃度商Qc=$\frac{2×2}{0.8×8.5}$=0.6＜K=1，則反應正向進行，選a，
故答案為：a；
（3）①合成氨的反應是放熱反應，反應達到一定溫度才可以發生反應，開始反應，氨氣物質的量增大，達到平衡狀態，繼續升溫，平衡逆向進行，氨氣物質的量減小，畫出的圖象為：，故答案為；；
②依據平衡移動原理分析，分離出氨氣促進平衡正向進行，反應時氣體體積減小的反應，增大壓強也可以使平衡正向進行，反應是放熱反應，降低溫度會使平衡正向進行，提高反應物的轉化率，
故答案為：增大壓強或降低溫度或分離液氨；

點評 本題考查了化學平衡影響因素分析，平衡計算應用，注意反應特征的計算應用，圖象繪制，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．